Gambar 3.1. Tahapan proses penelitian

Transkripsi

1 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Metode yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi beberapa tahapan yang di uraikan sebagai berikut Diagram Alir Penelitian Studi Literatur Pembuatan Sampel Persiapan Bahan Baja Carbon API 5L Gr.B a Komposit Polimer (Epoksi + Kevlar) Komposit Polimer (Epoksi + Kevlar + Fiber glass) Uji Tarik ASTM-E8 Uji Tarik ASTM-D638 Uji Flexural ASTM D-790 Uji Impak ISO-179 Metalografi SEM Uji Tarik ASTM-D638 Uji Flexural ASTM D-790 Uji Impak ISO-179 Metalografi SEM Pengumpulan dan Perbandingan Data Sampel (Baja+Epoksi+Kevlar+Fiber glass) Uji Tarik ASTM-E8 Uji Bonding ASTM-E8 Analisa Data Data dan Laporan Gambar 3.1. Tahapan proses penelitian 17

2 Prosedur Penelitian Penelitian yang dilakukan mengikuti prosedur dengan tahapan-tahapan sebagai berikut: 1. Studi literature yang menyangkut karakter bahan epoksi, aramid kevlar dan fiber glass. Kajian mengenai proses implementasi komposit polimer di lapangan dan benefit yang dapat diperoleh. 2. Menyiapkan bahan penelitian berupa baja karbon API 5L Gr.B [28] dan produk StrongBack serta bahan pendukung lainnya. 3. Menyiapkan beberapa sampel untuk dilakukan pengujian. 4. Melakukan pengujian yang mengacu pada standar ASTM dan ISO serta melakukan analisasi metalografi. 5. Melakukan analisa data terhadap hasil pengujian. 6. Pembuatan laporan penelitian Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja karbon API 5L Gr.B yang diambil dari potongan pipa dan produk koating penguat pipa dengan merek Strongback yang diproduksi di Amerika Serikat. Tabel 3.1. Bahan-bahan penelitian yang digunakan [26] No. Bahan Bahan Asal Kandungan 1 Logam baja karbon Baja standar API 5L Gr.B 2 Strongback GS Epoksi (warna biru) - Curing agent (warna kuning) 3 Strongback GS Epoksi (warna putih) - Epoxy Resin Liquid Polymer (C 21 H 25 ClO 5 ) - P-tertbutylphenyl glycidyl ether (C 13 H 18 O 2 ) - Benzyl Alcohol (C 6 H 5 CH 2 OH) - Kevlar (N2H3O2(OH)) - Epoxy Resin Liquid Polymer (C 21 H 25 ClO 5 ) - p-tertbutylphenyl glycidyl ether (C 13 H 18 O 2 ) - Poly (terephthaloylchloride (C 6 H 4 (COCl) 2 ) / p-phenylenediamine (C 6 H 4 (NH 2 ) 2 ) - Micronized Silica (SiO2) 50-80% 5-10% 12-24% 70-80% 50-75% 5-10% 2-5% 5-10%

3 19 - Curing agent (warna hitam) 4 Strongback BSB-330 tape type, anyaman (warna Putih) - Mercaptan Polymer (CH 3 SH) - 2,4,6-Tri Dimethylaminomethyl Phenol (C 6 H 5 OH) - Glass fiber (dari Silica SiO 2 ) - Polyisocyanate [C6H3(NCO)CH2]n - diphenylmethane Diisocyanate (C 15 H 10 N 2 O 2 ), ini sebagai bahan utama polyurethane 50-90% 5-8% 65% 27% 9% Tabel 3.2. Karakteristik produk Strongback [26] No. Bahan Karakteristik 1 Strongback GS memberikan ikatan yang kuat dan permanen Epoksi + Curing + Kevlar pada komposit - menambah nilai kekuatan dan viskositas pada komposit - memberi ketahanan dari pengaruh lingkungan luar dan ultraviolet - pencampuran epoksi (biru) dan curing (kuning) akan menghasilkan warna baru menjadi hijau 2 Strongback GS menambah nilai flexibilitas komposit Epoksi + Curing - menambah nilai kekuatan dan daya rekat - menambah ketahanan komposit terhadap pengaruh air - pencampuran epoksi (putih) dan curing (hitam) akan menghasilkan warna baru menjadi abuabu 3 Strongback BSB-330 (tape type) - memberikan kekuatan pada dua arah, hoop dan transversal - ukuran lapisan fiber 4in x 2 ft dalam bentuk gulungan Perbedaan warna tiap-tiap bahan dimaksudkan untuk menghindari kesalahan pencampuran. Selain itu dalam pencampuran suatu bahan ke bahan lain juga akan menghasilkan warna baru. Hal ini sesuai teori Brewster yang pertama kali dikemukakan pada tahun Teori ini menyederhanakan warna-warna yang ada di alam menjadi 4 kelompok warna, yaitu warna primer, sekunder, tersier, dan warna netral. Pada pemakaian warna primer subtraktif magenta, kuning dan biru, pencampuran warna kuning dan biru menghasilkan nuansa warna hijau, seperti pada gambar berikut [27].

4 20 Gambar 3.2. Teori pencampuran warna Teori pencampuran warnaa tersebut sama halnya dengan pencampuran produk Strongback GS-561 antara epoksi berwarna biru dan curing yang berwarna kuning akan menghasilkan warna hijau. Demikian juga dengan produk Strongback GS-154 untuk pencampuran epoksi warna putih dan curing yang berwarna hitam akan menghasilkan warna abu-abu. Gambar 3.3. StrongBack GS-561 dan pencampuran epoksi dengan curing Gambar 3.4. Serat Aramid Kevlar berbentuk bubur Gambar 3.5. StrongBack GS-154 dan pencampuran epoksi dengan curing

5 21 Gambar 3.6. StrongBack Composite Tape BSB Penetapan Kode Sampel dan teoritis propertis Untuk memudahkan pengujian dan pembuatan laporan, maka perlu dilakukan pembuatan kode sampel. Namun sebelumnya kode bahan utama harus ditetapkan terlebih dahulu, seperti pada Tabel 3.3 berikut. Tabel 3.3. Kode bahan utama dan teoritis propertis No. Bahan Utama Spesifikasi Teoritis Tensile strength, MPa 1 Logam baja karbon L1 414 [28] API 5L Gr.B 2 Strongback GS-561 A 27,6-90 [2] 3 Strongback GS-154 B 27,6-90 [2] 4 Strongback BSB-330 3L atau 6L (sesuai jumlah layer) 40 Mpa [2] (transverse)

6 22 Pada Tabel 3.4 menjelaskan kode yang diberikan pada masing-masing sampel yang menjelaskan persentase campuran bahan utama dan jumlah lapisan fiber yang diberikan. Tabel 3.4. Kode sampel No Kode Penjelasan 1 L1 Benda uji logam baja karbon 2 80A20B Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B 3 60A40B Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B 4 80A20B3L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 5 80A20B6L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass 6 60A40B3L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 7 60A40B6L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass 8 L1+80A20B3L Logam yang dilapisi komposit komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 9 L1+80A20B6L Logam yang dilapisi komposit komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass 10 L1+60A40B3L Logam yang dilapisi komposit komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 11 L1+60A40B6L Logam yang dilapisi komposit komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass

7 Pengujian Sampel Untuk mengetahui karakteristik tiap-tiap sampel sesuai dengan tahapan metodologi penelitian maka dilakukan beberapa pengujian Uji Tarik Logam Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan sifat mekanik material logam diantaranya kuat tarik (tensile strength), modulus kekakuan dan melihat bagaimana logam bereaksi terhadap tenaga tarikan. - Bahan yang diuji : Logam baja karbon, dan Logam baja karbon yang dilapisi komposit polimer - Standar pengujian : ASTM E-8 [29] - Mesin pengujian : GOTECH Testing Machine Capacity 30 Tonnes - Tempat : UPTD-BLKI Balikpapan, Kalimantan Timur - Suhu ruang uji : 23 o C - Kelembaban ruang uji : 54% Gambar 3.7. Mesin Uji Tarik GOTECH Kap.30 Ton Untuk mendapatkan sampel yang memenuhi standar pengujian yang telah di tetapkan, maka dilakukan preparasi seperti pada Gambar 3.8 dan di lanjutkan dengan pengecekan sampel serta pengujian seperti yang ditampilkan pada Gambar 3.9

8 24 Gambar 3.8. Preparasi sampel logam L1 Gambar 3.9. Sampel logam L1 dan saat pengujian Uji Tarik Komposit Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan sifat mekanik komposit polimer diantaranya kuat tarik (tensile strength) dan modulus kekakuan. - Bahan yang diuji : Komposit polimer - Standar pengujian : ASTM D-638 [30] - Mesin pengujian : Universal Testing Machine, Orientec Co., UCT-5T - Tempat : Pusat Penelitian Fisika LIPI Bandung

9 25 Uji tarik dilakukan terhadap sampel yang terdiri dari pencampuran bahan utama dengan variasi volume GS-561, GS-154 dan fiber BSB-330. Pengujian mengacu pada standar ASTM D-638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics) dengan kondisi pengujian sebagai berikut: - Suhu ruang uji = 23 o C - Kelembaban ruang uji = relatif 50% selama lebih dari 40 jam. - Kecepatan tarik = 10 mm/menit - Skala load cell = 20% dari 5000 kgf Dalam pengujian tarik komposit, sampel-sampel telah disiapkan seperti pada Tabel 3.5 Tabel 3.5. Sampel uji tarik komposit No Kode Penjelasan 1 80A20B Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B 2 60A40B Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B 3 80A20B3L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 4 80A20B6L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass 5 60A40B3L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 6 60A40B6L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass

10 Uji Flexural Komposit Pengujian bertujuan untuk mendapatkan nilai defleksi komposit polimer dalam pembebanan tertentu. - Bahan yang diuji : Komposit polimer - Standar pengujian : ASTM D-790 [31] - Mesin pengujian : Universal Testing Machine, Orientec Co., UCT-5T - Tempat : Pusat Penelitian Fisika LIPI, Bandung Gambar Mesin Uji Tarik & Flexural, Orientec Co., UCT-5T Pengujian mengacu pada standar ASTM D-790 (Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials) dengan metode 3-titik, prosedur-a dan menggunakan mesin Universal Testing Machine, Orientec Co., UCT-5T. Kondisi pengujian : - Suhu ruang uji = 23 o C - Kelembaban ruang uji = relatif 50% selama lebih dari 40 jam - Kecepatan tekan = 2,5-2,9 mm/menit - Skala load cell = 1% dari 5000 kgf - Pengukuran dimensi = vernier caliper - Jarak antar tumpuan = mm

11 27 Tabel 3.6. Sampel uji flexural komposit No Kode Penjelasan 1 80A20B Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B 2 60A40B Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B 3 80A20B3L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 4 80A20B6L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass 5 60A40B3L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 6 60A40B6L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass Uji Impak Komposit Pengujian Impact Charpy ini bertujuan untuk mendapatkan nilai ketangguhan komposit polimer. - Bahan yang diuji : Komposit polimer - Standar pengujian : ISO-179 [32] - Mesin pengujian : Mesin uji impact charpy, CEAST Resil - Tempat : BPPT-Sentra Teknologi Polimer, Serpong Gambar Mesin Uji Impact CEAST Resil

12 28 Pengujian mengacu pada standar ISO-179 (Plastic-Determination of Charpy Impact Properties) dengan menggunakan mesin uji Impact Charpy. Kondisi pengujian : - Suhu ruang uji = 24,1 o C - Kelembaban ruang uji = 56% - Pengkondisian sampel = 23 o C dengan kelembaban 50% > 40 jam - Kecepatan impak = 2,9 m/detik - Metode uji = tanpa notch (un-notch) dengan posisi edgewise Tabel 3.7. Sampel uji impak komposit No Kode Penjelasan 1 80A20B Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B 2 60A40B Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B 3 80A20B3L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 4 80A20B6L Campuran komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass 5 60A40B3L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 6 60A40B6L Campuran komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass Uji Tarik Laminat Komposit Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan sifat mekanik laminat komposit yaitu material logam yang telah di lapisi dengan komposit. - Bahan yang diuji : Laminat komposit - Standar pengujian : ASTM E-8 [29] - Mesin pengujian : GOTECH Testing Machine Capacity 30 Tonnes - Tempat : UPTD-BLKI Balikpapan, Kalimantan Timur - Suhu ruang uji : 23 o C - Kelembaban ruang uji : 54%

13 29 Tabel 3.8. Sampel uji tarik laminat komposit No Kode Penjelasan 1 L1+80A20B3L Logam yang dilapisi komposit komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 2 L1+80A20B6L Logam yang dilapisi komposit komposisi 80% bahan A & 20% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass 3 L1+60A40B3L Logam yang dilapisi komposit komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 3 layer lapisan fiber glass 4 L1+60A40B6L Logam yang dilapisi komposit komposisi 60% bahan A & 40% bahan B dan 6 layer lapisan fiber glass Gambar Persiapan sampel dan pengujian

14 Uji Bonding (interface matriks-fiber) Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan ikatan (bonding) antara komposit dengan logam dan matrik dengan fiber. - Material : Logam baja karbon dilapisi komposit polimer - Standar pengujian : ASTM E-8 - Mesin pengujian : GOTECH Testing Machine Capacity 30 Ton - Tempat : UPTD-BLKI Balikpapan, Kalimantan Timur - Suhu ruang uji : 23 o C - Kelembaban ruang uji : 54% Uji bonding di lakukan terhadap 2 sampel, yaitu untuk epoksi versus logam dan epoksi versus lapisan fiber BS-330. Gambar Sampel uji bonding

15 Pengamatan Metalografi Pengamatan ini bertujuan untuk mengetahui sebaran partikel yang terbentuk dalam komposit dan analisis mikro struktur. - Bahan : Komposit polimer - Mesin pengujian : SEM Merk LEO type 420i. - Tempat : CMPFA Departemen Metalurgi & Material, UI Gambar Mesin Uji SEM Merk LEO type 420i Hasil pengujian SEM akan menampilkan gambar permukaan sampel yang menjelaskan sebaran matriks dan fiber serta cacat-cacat yang terjadi pada daerah fasa dan interface, serta dapat melihat apakah partikel-partikel dapat terdispersi secara merata atau tidak. Dengan pembesaran dan resolusi yang cukup tinggi yang dihasilkan oleh foto SEM maka dapat disimpulkan penyebab dan akibat cacat tersebut. Pada pengujian komposit polimer ini, sampel harus dilapisi dengan partikel emas (Pd-Au) untuk membantu konduktifitas sinar elektron.